CN103506566B - 用于消失模铸造的涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于消失模铸造的涂料及其制备方法，所述涂料包括以下成分：耐火骨料、粘结剂、悬浮剂和水，其中，所述耐火骨料包括石英砂和铝矾土，且石英砂和铝矾土的重量比为3:7至4:6；所述制备方法包括：步骤一、将石英砂和铝矾土搅拌混合，以获得耐火骨料，其中所述石英砂与所述铝矾土的重量比为3:7至4:6；步骤二、向所述耐火骨料中添加水并进行搅拌，其中所述水与所述耐火骨料的重量比为0.7至0.9；和步骤三、向所述耐火骨料和所述水的混合物中添加粘结剂并进行搅拌。根据本发明的涂料性能较好并且成本较低，尤其适用于铸铁工件的消失模铸造。
Description
技术领域
本发明涉及消失模铸造领域，具体地，涉及一种用于消失模铸造的涂料及其制备方法。
背景技术
消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模型粘结组合成模型簇，刷涂涂料并烘干以在模型表面形成耐火涂层，埋在干石英砂中振动造型，在一定条件下浇注液体金属，使模型气化并占据模型位置，凝固冷却后形成所需铸件的方法。
消失模铸造是一种精确成形的铸造工艺，使用该铸造工艺生产出的铸件的表面光洁度远高于传统的粘土砂铸造和砂型铸造，但是，消失模铸造的过程控制复杂并且对原辅料的要求严格，例如涂料的选用就是其中很关键的一环，在浇注过程中，耐火涂层介于液体金属和型砂之间，对模型气化、液体金属填充和铸件的形成等起着十分重要的作用，直接影响制得铸件的质量。
通常对消失模铸造用涂料的要求为需要具备足够的耐火度、一定的透气性以及良好的粘附性和涂挂性等，特别是铸铁工件的消失模铸造中，由于浇注温度高，因而对涂料的耐火度等有更高的要求，而现有的涂料存在性能较差或者成本较高的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于消失模铸造的涂料及其制备方法，该涂料性能较好并且成本较低，尤其适用于钢铁铸件的消失模铸造。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于消失模铸造的涂料，该涂料包括以下成分：耐火骨料、粘结剂、悬浮剂和水，所述耐火骨料包括石英砂和铝矾土，且石英砂和铝矾土的重量比为3:7至4:6。
优选地，所述耐火骨料的颗粒为250目至300目。
优选地，所述悬浮剂为羟甲基纤维素钠，所述悬浮剂与所述耐火骨料的重量比为0.02至0.04。
优选地，所述粘结剂为白乳胶，并且所述粘结剂与所述耐火骨料的重量比为0.03至0.05。
优选地，该涂料的成分还包括表面活性剂，该表面活性剂与所述耐火骨料的重量比为0.002至0.003。
优选地，该涂料的成分还包括消泡剂，该消泡剂与所述耐火骨料的重量比为0.001至0.002。
优选地，该涂料的成分还包括脱碳剂，所述脱碳剂为氧化铁粉末。
本发明还涉及所述用于消失模铸造的涂料的制备方法，该制备方法包括：
步骤一、将石英砂和铝矾土搅拌混合，以获得耐火骨料，其中所述石英砂与所述铝矾土的重量比为3:7至4:6；
步骤二、向所述耐火骨料中添加水并进行搅拌；和
步骤三、向所述耐火骨料和所述水的混合物中添加悬浮剂和粘结剂并进行搅拌。
优选地，所述悬浮剂包括羟甲基纤维素钠，且所述悬浮剂与所述耐火骨料的重量比为0.02至0.04，所述步骤三中进行搅拌的时间为25min至35min。
优选地，该制备方法还包括步骤四：在所述步骤三中获得的混合物中添加消泡剂和/或表面活性剂并进行搅拌，搅拌时间为50min至70min。
优选地，所述消泡剂与所述耐火骨料的重量比为0.001至0.002。
优选地，所述表面活性剂与所述耐火骨料的重量比为0.002至0.003。
优选地，该制备方法还包括位于其余所述步骤之后的最终步骤：向混合物中添加脱碳剂并进行搅拌，所述脱碳剂为氧化铁粉末，该最终步骤中进行搅拌的时间为5min-10min。
优选地，所述步骤一中进行搅拌的时间为5min-10min，所述步骤二中进行搅拌的时间为10min-15min。
优选地，所述粘结剂为白乳胶，并且所述粘结剂与所述耐火骨料的重量比为0.03至0.05。
优选地，在所述步骤二中，所述水与所述耐火骨料的重量比为0.7至0.9。
在本发明的用于消失模铸造的涂料中，通过对耐火骨料的成分和配比进行调整，使得涂料的耐火度和透气性得到改善，具体地，本发明中选用石英砂和铝矾土作为耐火骨料。单一成分的耐火骨料的透气性比复合成分的耐火骨料的透气性差，因而，将石英砂和铝土钒搭配使用可以获得更好的透气性；石英砂的膨胀系数高，可以提高耐火涂层的脱落性，而铝土钒熔点高，能够有效提高涂料的耐高温性能以减少粘砂，通过调控石英砂和铝土钒之间的配比，使得耐火骨料同时具有较好的耐高温性能和脱落性，在耐高温性能和脱落性之间获得较好的平衡；另外，石英砂和铝矾土来源广、价格低，可以降低涂料的制造成本。此外，还可以在涂料中添加其他辅料，例如表面活性剂和脱碳剂等，以进一步提高涂料的其他性能。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种用于消失模铸造的涂料，该涂料包括以下成分：耐火骨料、粘结剂、悬浮剂和水，其中，所述耐火骨料包括石英砂和铝矾土，且石英砂和铝矾土的重量比为3:7至4:6。
耐火骨料为涂料的主要成分之一，其对涂料的耐火度和透气性具有较大的影响，本发明中选用石英砂和铝矾土作为耐火骨料。石英砂的膨胀系数高，容易脱落，因而可以提高铸造完成后耐火涂层从铸件上脱落的脱落性，但是，石英砂含量过高容易导致耐火涂层开裂、剥落；铝土钒熔点高，能够有效提高涂料的耐高温性能从而减少粘砂，并且具有多孔性，可以提高耐火骨料的透气性。单一成分的耐火骨料的透气性比复合成分的耐火骨料的透气性差，因而，将石英砂和铝土钒搭配使用可以获得更好的透气性；并且通过调控石英砂和铝土钒之间的配比，使得耐火骨料同时具有较好的耐高温性能、透气性和脱落性，在耐高温性能、透气性和脱落性之间获得较好的平衡；另外，石英砂和铝矾土来源广、价格低，可以降低涂料的制造成本。
不仅耐火骨料的种类对涂料的性能有影响，耐火骨料的粒度同样对涂料的性能影响较大。耐火骨料的粒度大，耐火涂层的透气性好，但是涂料的悬浮稳定性差，制得的铸件表面粗糙度大；而耐火骨料的粒度小，耐火骨料更容易吸附于悬浮剂的高分子链，耐火骨料在溶剂中的悬浮性好，从而使得耐火涂层的强度提高，但是耐火涂层的透气性差且涂层容易产生裂纹；因而，为了获得更好的性能，本实施方式中耐火骨料的颗粒为250目至300目，通过将耐火骨料的颗粒控制在适合的范围内使耐火涂层的强度和透气性能够到达较理想的程度。
并且，为了使耐火涂层达到需要的强度，需要添加粘结剂，粘结剂不能损害泡沫塑料模型并且要求与泡沫塑料模型具有良好的粘附性，以能够提供涂料的涂挂性，在将涂料涂刷在模型外表面后获得一定厚度的耐火涂层，若涂料的粘附性差将造成涂层厚度不均或不足，影响铸件质量，在本实施方式中，粘结剂为白乳胶，并且粘结剂与耐火骨料的重量比为0.03至0.05。
并且，为了进一步改善涂料的涂挂性，涂料的成分还可以包括表面活性剂，在本实施方式中，该表面活性剂与耐火骨料的重量比为0.002至0.003。
另外，所述悬浮剂优选为羟甲基纤维素钠，通过添加悬浮剂能够使涂料获得较好的悬浮稳定性，使涂料中的耐火骨料、粘结剂等成分更均匀地分散在水中，以获得更好的透气性和更均匀的粘附性等，而羟甲基纤维丝钠易溶于水，在制备涂料时可以缩短搅拌时间，提高制备效率，并且，在本实施方式中，悬浮剂与耐火骨料的重量比为0.02至0.04。
为改善涂料的润湿性，消除涂料制备过程中产生的气泡，提高铸件的表面质量，优选地，涂料的成分还包括消泡剂，在本实施方式中，消泡剂与耐火骨料的重量比为0.001至0.002。
另外，如果泡沫塑料膜在高温下不完全分解时会在耐火涂层的表面沉积一定量的碳，阻塞排气通道，从而降低涂料的透气性，加入脱碳剂可以有效防止碳的沉积，因此，优选地，涂料的成分还包括脱碳剂，该脱碳剂可以是适合的金属氧化物，金属氧化物可以将泡沫塑料模型形成的碳氧化成二氧化碳气体，并且金属氧化物中的金属阳离子还原成金属单质，从而可以减少积碳，对于钢铁工件的消失模铸造，可以使用氧化铁粉末作为脱碳剂。
此外，本发明还提供了上述用于消失模铸造的涂料的制备方法，该制备方法包括：
步骤一、将石英砂和铝矾土搅拌混合，以获得耐火骨料，其中石英砂与铝矾土的重量比为3:7至4:6；
步骤二、向耐火骨料中添加水并进行搅拌；和
步骤三、向耐火骨料和水的混合物中添加悬浮剂和粘结剂并进行搅拌。
其中，步骤一中对石英砂和铝矾土进行搅拌混合的时间可以依据实际情况而定，以将石英砂和铝矾土尽可能充分混合均匀为标准，通常情况下，步骤一中进行搅拌的时间为5min-10min；同样，步骤二中进行搅拌的时间也可以依据实际情况而定，以使石英砂和铝矾土尽可能均匀分散在水中为标准，通常情况下，步骤二中进行搅拌的时间为10min-15min。
而且，在步骤二中，向耐火骨料中添加的水的量可以依据操作人员的使用习惯进行一定程度的改变，例如本实施方式中，步骤二中水与耐火骨料的重量比为0.7至0.9。
本实施方式中，所述粘结剂为白乳胶，并且所述粘结剂与所述耐火骨料的重量比为0.03至0.05。
另外，所述悬浮剂优选为羟甲基纤维素钠，向涂料中添加悬浮剂，从而使涂料获得较好的悬浮稳定性，使涂料中的耐火骨料、粘结剂等成分更均匀地分散在水中，以获得更好的透气性和更均匀的粘附性等，并且，在本实施方式中，悬浮剂与耐火骨料的重量比为0.02至0.04，羟甲基纤维丝钠易溶于水，在制备涂料时可以缩短搅拌时间，提高制备效率，在使用羟甲基纤维丝钠作为悬浮剂的情况下，在所述步骤三中进行搅拌的时间为25min至35min。
并且，为改善涂料的润湿性，消除涂料制备过程中产生的气泡，提高铸件的表面质量，优选地，还可以在涂料中添加消泡剂，例如，在本实施方式中，消泡剂与耐火骨料的重量比为0.001至0.002；为了进一步改善涂料的涂挂性，还可以在涂料中添加表面活性剂，在本实施方式中，该表面活性剂与耐火骨料的重量比为0.002至0.003。因此，优选地，该制备方法还包括步骤四：在所述步骤三中获得的混合物中添加消泡剂和/或表面活性剂并进行搅拌，搅拌的时间依据实际情况而定，以使涂料中的成分尽可能均匀地分散在溶剂水中为标准，例如，搅拌时间可以为50min至70min。并且其中，消泡剂与耐火骨料的重量比可以为0.001至0.002，表面活性剂与耐火骨料的重量比可以为0.002至0.003。
另外，在需要的情况下，为了减少积碳，保证耐火涂层的良好透气性，还可以在涂料中添加脱碳剂，本实施方式中使用氧化铁粉末作为脱碳剂，因此，该制备方法还可以包括位于其余所述步骤之后的最终步骤（即添加脱碳剂为最后一步）：向混合物中添加脱碳剂并进行搅拌，该最终步骤中进行搅拌的时间为5min至10min。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
下面，将通过实施例对本发明进行更详细的描述。
实施例
分别根据下列步骤制备用于消失模铸造的涂料样本1-8：
步骤一、将耐火骨料的成分进行搅拌混合，样本1-8中耐火骨料的成分及其配比以及平均粒径分别如表1所示，样本1-8的制备过程中步骤一中进行搅拌的时间分别如表4所示；
步骤二、向耐火骨料中添加水并进行搅拌，其中样本1-8中水与耐火骨料的重量比分别如表1中所示，样本1-8的制备过程中搅拌的时间步骤二中进行搅拌的时间分别如表4所示；和
步骤三、向耐火骨料和水的混合物中添加粘结剂和悬浮剂并进行搅拌，样本1-8中粘结剂的种类及其与耐火骨料的配比以及样本1-8中悬浮剂的种类及其与耐火骨料的配比分别如表2所示，并且样本1-8的制备过程中搅拌的时间步骤三中进行搅拌的时间分别如表4所示；
步骤四、向所述步骤三中获得的混合物中添加消泡剂和表面活性剂并进行搅拌，样本1-8中消泡剂与耐火骨料的配比和表面活性剂与耐火骨料的配比分别如表3所示，样本1-8的制备过程中搅拌的时间步骤四中进行搅拌的时间分别如表4所示；
步骤五、向混合物中添加脱碳剂并进行搅拌，样本1-8中脱碳剂的种类及其与耐火骨料的配比分别如表3所示，样本1-8的制备过程中搅拌的时间步骤五中进行搅拌的时间分别如表4所示。
其中，样本1-3为实施例，样本4-8为对比例。
表1
| 耐火骨料的成分及其配比 | 平均粒径（目） | 水与耐火骨料的重量比 | |
| 样本1 | 重量比为3:7的石英砂和铝矾土 | 250 | 0.7 |
| 样本2 | 重量比为7:13的石英砂和铝矾土 | 280 | 0.9 |
| 样本3 | 重量比为4:6的石英砂和铝矾土 | 300 | 0.8 |
| 样本4 | 重量比为2:8的石英砂和铝矾土 | 220 | 0.7 |
| 样本5 | 重量比为5:5的石英砂和铝矾土 | 330 | 0.9 |
| 样本6 | 重量比为4:6的石英砂和铝矾土 | 260 | 0.8 |
| 样本7 | 重量比为3:7的石英砂和铝矾土 | 270 | 0.9 |
| 样本8 | 重量比为1:0的石英砂和铝矾土 | 250 | 0.7 |
表2
表3
表4
使用涂料样本1-8进行消失模铸造以制造铸铁材质的铸件，由涂料样本1-8制得的铸件分别标号#1-#8，对制得铸件#1-#8进行以下检测：
1、待铸件#1-#8完全冷却后，测量铸件#1-#8冷却后涂层脱落的面积（S），并计算所述涂层脱落的面积（S）与铸件的总表面积（S总）之比，结果如表5所示；
2、依据国家标准GB/T26658-2011对铸件#1-#8表面缺陷进行检测（在铸件表面质量最坏部分中，选定100mm×60mm区域，进行表面缺陷检测），铸件#1-#8的表面夹杂物、表面气孔、冷隔以及粘砂的检测结果分别如表5中所示；
3、裸视目测铸件#1-#8的表面积碳情况，结果如表5中所示。
表5
| S/S总 | 表面夹杂物 | 表面气孔 | 冷隔 | 粘砂 | 表面积碳情况 | |
| #1 | 0.85 | 一级 | 一级 | 一级 | 一级 | 无 |
| #2 | 0.9 | 一级 | 一级 | 一级 | 一级 | 无 |
| #3 | 0.85 | 一级 | 一级 | 一级 | 一级 | 无 |
| #4 | 0.65 | 二级 | 一级 | 一级 | 二级 | 无 |
| #5 | 0.7 | 三级 | 三级 | 三级 | 二级 | 轻微 |
| #6 | 0.85 | 二级 | 一级 | 一级 | 一级 | 中度 |
| #7 | 0.8 | 二级 | 一级 | 一级 | 一级 | 严重 |
| #8 | 0.8 | 二级 | 一级 | 一级 | 三级 | 无 |
参见上述表5中的结构，首先，由表5中#1-#3的结果可知，使用根据本发明的优选实施方式的消失模铸造涂料制造得到的铸铁铸件脱落性好、表面缺陷少并且表面积碳情况基本没有；对比表5中#1-#3和#4-#6的结果，可知将涂料中各个成分的配比控制在本发明的优选范围内的时候，可以将涂料的透气性和脱落性等性质平衡在较好的范围内，以得到质量较理想的铸件；比较#1-#7与#8的实验结果，可知添加铝矾土后，由于铝土钒的熔点高和多孔性的特点，耐火骨料的耐高温性能和透气性明显提高，因此粘砂情况明显减少；将表5中#1-#6和#8与#7的结果进行比较可知加入脱碳剂后铸件表面的积碳情况明显减轻。另外，由表4中搅拌时间可知，在使用羟甲基纤维素钠作为悬浮剂后涂料制造过程中搅拌时间可以大大缩短。
Claims (16)
1.一种用于消失模铸造的涂料，该涂料包括以下成分：耐火骨料、粘结剂、悬浮剂和水，其特征在于，所述耐火骨料包括石英砂和铝矾土，且石英砂和铝矾土的重量比为3:7至4:6。
2.根据权利要求1所述的涂料，其中，所述耐火骨料的颗粒为250目至300目。
3.根据权利要求1所述的涂料，其中，所述悬浮剂为羟甲基纤维素钠，所述悬浮剂与所述耐火骨料的重量比为0.02至0.04。
4.根据权利要求1所述的涂料，其中，所述粘结剂为白乳胶，并且所述粘结剂与所述耐火骨料的重量比为0.03至0.05。
5.根据权利要求1所述的涂料，其中，该涂料的成分还包括表面活性剂，该表面活性剂与所述耐火骨料的重量比为0.002至0.003。
6.根据权利要求1所述的涂料，其中，该涂料的成分还包括消泡剂，该消泡剂与所述耐火骨料的重量比为0.001至0.002。
7.根据权利要求1所述的涂料，其中，该涂料的成分还包括脱碳剂，所述脱碳剂为氧化铁粉末。
8.根据权利要求1-7中任意一项的用于消失模铸造的涂料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
步骤一、将石英砂和铝矾土搅拌混合，以获得耐火骨料，其中所述石英砂与所述铝矾土的重量比为3:7至4:6；
步骤二、向所述耐火骨料中添加水并进行搅拌；和
步骤三、向所述耐火骨料和所述水的混合物中添加悬浮剂和粘结剂并进行搅拌。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述悬浮剂包括羟甲基纤维素钠，且所述悬浮剂与所述耐火骨料的重量比为0.02至0.04，所述步骤三中进行搅拌的时间为25min至35min。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其中，该制备方法还包括步骤四：在所述步骤三中获得的混合物中添加消泡剂和/或表面活性剂并进行搅拌，搅拌时间为50min至70min。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其中，所述消泡剂与所述耐火骨料的重量比为0.001至0.002。
12.根据权利要求10所述的制备方法，其中，所述表面活性剂与所述耐火骨料的重量比为0.002至0.003。
13.根据权利要求8所述的制备方法，其中，该制备方法还包括位于其余所述步骤之后的最终步骤：向混合物中添加脱碳剂并进行搅拌，所述脱碳剂为氧化铁粉末，该最终步骤中进行搅拌的时间为5min-10min。
14.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述步骤一中进行搅拌的时间为5min-10min，所述步骤二中进行搅拌的时间为10min-15min。
15.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述粘结剂为白乳胶，并且所述粘结剂与所述耐火骨料的重量比为0.03至0.05。
16.根据权利要求8所述的制备方法，其中，在所述步骤二中，所述水与所述耐火骨料的重量比为0.7至0.9。
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